JP2017166545A - 高圧タンク - Google Patents

Abstract

【課題】保護層をドーム部に接着する際に用いられる接着剤の量を低減することができる高圧タンクを提供する。【解決手段】本発明に係る高圧タンク１０は、ドーム部２４上に保護層４０を備え、保護層４０はドーム部２４表面に接着された第１樹脂層４０１と、第１樹脂層４０１の上に位置する第２樹脂層４０２とを有し、第１樹脂層４０１は、第２樹脂層４０２よりも硬度が低いことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、高圧タンクに関する。

水素等の燃料ガスが貯蔵される高圧タンクは、例えば、合成樹脂製のライナーと、該ライナーの外側面を覆う補強層（繊維強化樹脂層）とを備える。この高圧タンクは車両に搭載される場合がある。

高圧タンクの車両搭載にあたっては、軽量化のみならず、例えばタンク取扱いの際におけるタンク落下を想定し、タンク強度の確保も不可欠である。このタンク落下の際には、高圧タンクの両端に設けられる球面形状のドーム部に衝撃が加わりがちとなる。このため、タンク軽量化を図った上で、ドーム部の耐衝撃性の向上を図る技術が提案されている。

例えば下記特許文献１では、ドーム部の耐衝撃性を上げるために、ドーム部に覆いかぶさるように保護部材（以下、保護層）が設けられ、この保護層は、その内層がポリウレタンで、外層がポリウレタンに膨張黒鉛を混合させた材料で形成される。

特開２０１４−０７４４７０号公報

ところで、保護層は、接着剤によってドーム部を覆うように接着される。ところが、保護層を構成する材料（ポリウレタン）自体に弾性があるため、保護層がドーム部の形状に倣いにくく、保護層とドーム部との間に大きな隙間が空いてしまうことがある。そうすると、隙間を埋めるために、接着剤の量が多く必要となってしまうおそれがある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、保護層をドーム部に接着する際に使用される接着剤の量を低減することができる高圧タンクを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る高圧タンクは、円筒状のシリンダー部の両側に球面形状のドーム部を有する高圧タンクにおいて、前記ドーム部上に保護層を備え、前記保護層は、前記ドーム部表面に接着された第１樹脂層と、前記第１樹脂層の上に位置する第２樹脂層とを有し、前記第１樹脂層は、前記第２樹脂層よりも硬度が低い。

かかる構成によれば、ドーム部上の保護層が第１樹脂層と第２樹脂層とを有し、ドーム部側の第１樹脂層が第２樹脂層よりも硬度が低いため、保護層をドーム部に接着する際に、第１樹脂層がドーム部表面に倣うようになる。これにより、保護層とドーム部との間に生じる隙間が抑えられ、その結果、隙間を埋めるための接着剤の量を低減することができる。

本発明によれば、保護層をドーム部に接着する際に使用される接着剤の量を低減することができる高圧タンクを提供することができる。

本発明の実施形態としての高圧タンクの構成を概略的に示す断面図である。 図１に示す保護層をタンク本体に圧着する様子を説明するための図である。 図１に示す保護層の構造を説明するための拡大説明図である。 接着剤粘度と温度との関係を示すグラフである。 従来の保護層の構造を説明するための拡大説明図である。

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

まず、本実施形態における高圧タンクの構成について説明する。図１は、高圧タンクの構成を概略的に示す断面図である。

図１に示す高圧タンク１０は、例えば自動車に搭載され、自動車用の燃料電池に水素を供給するために用いられる。高圧タンク１０は、密閉円筒状の容器本体１１（タンク本体）と、容器本体１１の長手方向端部に設けられた口金１２、１４とを備える。なお、図１では、口金をタンク本体の両端部に設けているが、一端部のみに設けた構成とすることも可能である。

容器本体１１は、樹脂製ライナー２０と、樹脂製ライナー２０の外周に配置された補強層３０と、タンク両端側に設けられた保護層４０とを有する。

樹脂製ライナー２０は、容器本体１１の内殻であり、その内部に高圧ガス（水素や天然ガス等）を収容する収容空間を有する。樹脂製ライナー２０は、円筒状のシリンダー部２２と、シリンダー部２２の両側に設けられるドーム部２４とを備える。シリンダー部２２は、その断面形状が直線である部位であり、該直線の方向は、図１に示されたタンクの軸線ＡＸの方向と一致する。ドーム部２４は、その断面形状がタンクの軸線ＡＸ方向に沿った直線ではない部位であり、具体的には球面形状の部位である。球面形状のドーム部２４の頂上箇所に口金１２、１４が設けられている。

補強層３０は、熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層をフィラメントワインディング法（以下、ＦＷ法）により樹脂製ライナー２０外周に巻回させることで形成され、樹脂製ライナー２０における円筒状のシリンダー部２２の外周範囲に亘るフープ巻きによる繊維巻回と、ドーム部２４の外周範囲に亘る低角度・高角度のヘリカル巻きによる繊維巻回を経て形成される。こうした補強層３０の形成には、熱硬化性樹脂として例えばエポキシ樹脂が用いられるが、他の樹脂を用いることも可能である。

保護層４０は、球面形状のドーム部２４をその外側から覆うように配置され、ドーム部２４に加わった衝撃の緩和に寄与するゴム成形品である。保護層４０は、ドーム部２４に接着剤を使用して貼り付けられる。図２に示すような保護層４０の圧着過程において、保護層４０を容器本体１１に貼り合わせる前（図２（Ａ））では、保護層４０は、容器本体１１の両端部側（ドーム部の外側）に配置される。そして、適宜な装置を用いて保護層４０を容器本体１１に圧着し（図２（Ｂ））、これにより、ドーム部２４（図１）をその外側から覆うように保護層４０が形成される。

保護層４０について更に説明する。図３は、保護層の構造を説明するための拡大説明図である。

図３に示すように、保護層４０は、２層の樹脂層（第１樹脂層４０１及び第２樹脂層４０２）を備える。第１樹脂層４０１は、保護層４０の内側（ドーム部側）に設けられ、第１樹脂層４０１の内側に接着された接着剤７０により、タンク本体に接着される。第２樹脂層４０２は、第１樹脂層４０１の外表面上に設けられる。

ところで、耐衝撃性を目的としてドーム部に装着される保護層が、例えば図５に示すように、硬度６５のポリウレタン材料１層で構成される場合、以下の問題が生じることがある。すなわち、図５に示す保護層９０をタンク本体に圧着しようとしても、保護層９０自体に弾性があるため、保護層９０がタンク本体に接着されない部分が生じてしまう。この問題を解決することを意図して、接着剤を多量に塗布することで品質を保障するという方法もあるが、接着剤を多量に用いると接着時間が長くなるという新たな問題が生じてしまう。

そこで本実施形態では、図３に示すように、耐衝撃性を目的としてドーム部２４に装着される保護層４０を、２層構造（第１樹脂層４０１と第２樹脂層４０２）とし、保護層４０の内側（ドーム部側）に配置される第１樹脂層４０１の硬度を第２樹脂層４０２の硬度よりも低下させている。本実施形態では、第１樹脂層４０１に多数の空隙５０を形成することにより、第１樹脂層４０１の硬度を第２樹脂層４０２の硬度よりも低下させている。第２樹脂層４０２の材料は、例えば、硬度６５のポリウレタンとし、第１樹脂層４０１の材料は、例えば、硬度４０のポリウレタン（低密度ポリウレタン）としている。

また本実施形態では、保護層４０をタンク本体に接着するための接着剤７０を加温することで接着剤７０の粘度を低下させる。具体的には、接着剤７０の使用温度を２３℃から約４０℃に加温（例えば接着剤カートリッジを約４０℃に加温）することによって接着剤７０の粘度を低下させる。図４（接着剤粘度と温度との関係を示すグラフ）に表されるように、接着剤７０の温度（図４の横軸）を上昇させれば、接着剤７０の粘度（図４の縦軸）が低下する関係にあるため、接着剤７０を加温することによって接着剤７０の粘度を低下させることができる。

以上のように、保護層４０の内側（保護層４０のうちドーム部２４側）に配置される第１樹脂層４０１の硬度を第２樹脂層４０２の硬度よりも低下させる（第１樹脂層４０１を構成するポリウレタンを低密度化させる）ことで、タンク本体への第１樹脂層４０１の倣い率を上昇させることができる。これにより、保護層４０をドーム部２４に圧着する際に、ドーム部２４と保護層４０との間の隙間を抑えることができるので、当該隙間を埋めるための接着剤の量を低減（本発明では、従来と比較して接着剤の量を約３分の２に低減）できる。また、保護層４０を接着するために使用される接着剤７０を加温し、接着剤７０の粘度を低下させることによって、アンカー効果（接着等において、材料表面の微細な凹凸に接着剤が入り込んで硬化することで接着力が高まる効果）が引き起こされ、接着強度を向上させることができる。その結果、タンク製造過程における保護層４０接着の工程時間を短縮することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。

例えば図３では、保護層４０が、長手方向（図３では左右方向）全てに亘って２層構造（第１樹脂層４０１と第２樹脂層４０２）である例が示されているが、これに限定されるわけではない。例えば保護層４０の長手方向両端部（凡そ、両端から約２０ｍｍの範囲）の構造のみを２層構造とした保護層４０を採用することによっても、上述した本発明の効果と同様の効果を奏することができる。また、保護層４０は、２層構造に限定されるわけではなく、保護層４０のうちドーム部２４側に接着される層の材料の硬度を低下させるものであれば、その他の多層構造を採用することも可能である。その他、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

１０：高圧タンク
１１：容器本体（タンク本体）
２０：樹脂製ライナー
２２：シリンダー部
２４：ドーム部
３０：補強層
４０：保護層
７０：接着剤
４０１：第１樹脂層
４０２：第２樹脂層

Claims (1)

1. 円筒状のシリンダー部の両側に球面形状のドーム部を有する高圧タンクにおいて、
   前記ドーム部上に保護層を備え、
   前記保護層は、前記ドーム部表面に接着された第１樹脂層と、前記第１樹脂層の上に位置する第２樹脂層とを有し、
   前記第１樹脂層は、前記第２樹脂層よりも硬度が低いことを特徴とする高圧タンク。